JP3211409U - 単相永久磁石モータ及びそのステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】モータの作動の安定性を向上させ、騒音を低減できる単相永久磁石モータのステータコアを提供する。【解決手段】ステータコアは、端部１４と、端部から延びる極アーム１６とを備え、極アームは、２つの離間した連結アーム３０、４０と、連結アームの末端にそれぞれ形成された２つの極爪３２、４２とを含む。２つの極爪は、永久磁石ロータ１２を収容するための空間を定める。極爪は、空間を取り囲みかつ円弧極面３４、４４を形成する。円弧極面は、円周方向に沿って不連続開口部３３、４７、４９を形成する。不連続開口部は、各連結アームの間の間隔に向かい合い、軸方向に沿って幅が変化する。【選択図】図２

Description

本考案は、単相モータに関し、特に、単相永久磁石モータのステータコアに関する。

単相永久磁石モータは、通常、ステータコア、ステータ巻線及び永久磁石ロータから成る。ステータコアは、略Ｕ字状であり、２つの離間した極アームを含む。各極アームの末端に極爪が形成される。各極爪の内側面は、内向きにくぼんで円弧極面を形成する。極アームの周りに巻線が巻き付けられる。ロータは、２つの極爪の間に配設され、円弧極面に向かい合う。この種のモータでは、ステータコアの極アームは離間し、２つの極爪の間に大きい開口部が形成される。開口部によりステータとロータとの間に大きなコギングトルクが生じて、モータの作動が不安定になって騒音が発生する。

従って、モータの作動の安定性を効果的に向上させ、騒音を低減することができる単相永久磁石モータ及びそのステータコアが望まれる。

第１の態様において、本考案は、端部と、端部から延びる極アームとを備えるステータコアを提供する。極アームは、２つの離間した連結アームと、連結アームの末端にそれぞれ形成された２つの極爪とを備える。２つの極爪は、ロータを収容するための空間を定める。両極爪は、空間を取り囲んで円弧極面を形成する。第１の円弧極面は、円周方向に沿って不連続開口部を形成し、不連続開口部は、連結アーム間の間隔に向かい合い、軸方向に沿って幅が変化する。

好ましくは、不連続開口部は第１の幅及び第２の幅を有し、第２の幅は第１の幅よりも小さい。

好ましくは、第１の幅は、各連結アームの間の間隔と実質的に等しい。

好ましくは、極アームは、軸方向に互いに積み重ねられた第１の極アーム及び第２の極アームを備え、第１極アームは２つの第１の極爪を備え、２つの第１の極爪は分離されて第１の開口部を形成し、第２の極アームは２つの極爪を備え、２つの第２の極爪は分離されて第２の開口部を形成し、第１の開口部及び第２の開口部は、協働して不連続開口部を形成する。

好ましくは、第２の開口部は第１の開口部と軸方向に整列し、第２の開口部の幅は第１開口部の幅よりも小さい。

好ましくは、第１開口部の幅は、連結アーム間の間隔の幅と実質的に等しい。

好ましくは、第２の極爪の各々は、第２の極爪の他方に向かって延びて壁部を形成し、２つの第２の極爪の壁部は、それらの間に第２の開口部を形成する。

好ましくは、１つの第１の極アーム及び２つの第２の極アームがあり、第１の極アームは、２つの第２の極アームの間に挟み込まれる。

好ましくは、２つの第１の極アーム及び１つの第２の極アームがあり、第２の極アームは、２つの第１の極アームの間に挟み込まれる。

好ましくは、複数の第１の極アーム及び複数の第２の極アームは、軸方向に沿って交互に積み重ねられる。

好ましくは、端部、第１の極アーム及び第２の極アームの各々は、複数の積層体を積層することによって形成され、互いに機械的に連結される。

好ましくは、第１の極アーム及び端部の一方は係止溝を形成し、第１の極アーム及び端部の他方は係止ブロックを形成し、第２の極アーム及び端部の一方は係止溝を形成し、第２の極アーム及び端部の他方は係止ブロックを形成し、係止ブロックの各々は、１つの対応する係止溝に係合されて、第１の極アーム、第２の極アーム及び端部を相互に連結する。

好ましくは、円弧極面は内向きにくぼみ形成されて２つの起動溝を形成し、２つの起動溝は極爪の中心軸線からオフセットする。

別の態様において、本考案は、端部と、端部から延びる第１の極アームと、第１の極アームと軸方向に積み重ねられた第２の極アームとを備えたステータコアを提供する。第１の極アームは２つの第１の極爪を備える。２つの第１の極爪は、分離されて第１の開口部を形成する。第２の極爪は、第１の極アームと軸方向に積み重ねられ、第２の極アームは２つの第２の極爪を備え、２つの第２の極爪は分離されて第２の開口部を形成する。第２の開口部の幅は第１開口部の幅よりも小さい。

別の態様において、本考案は、ステータコアと、ステータコアに巻き付けられた巻線と、ステータコアに対して回転可能な永久磁石ロータとを含む単相永久磁石モータを提供する。ステータコアは、端部と、端部から延びる第１の極アームと、第１の極アームと軸方向に積み重ねられた第２の極アームとを備える。第１の極アームは２つの第１の極爪を備える。２つの第１の極爪は、分離されて第１の開口部を形成する。第２の極爪は、第１の極アームと軸方向に積み重ねられ、第２の極アームは２つの第２の極爪を備え、２つの第２の極爪は分離されて第２の開口部を形成する。第２の開口部の幅は第１開口部の幅よりも小さい。ロータは、２つの極爪内の空間に配置され、円弧極面はロータを取り囲み、円弧極面とロータとの間に形成された空隙を備える。

好ましくは、円弧極面の不連続開口部の円周方向の最小幅は、極爪とロータとの間の空隙の幅の４倍よりも小さい。

本考案の一実施形態による単相永久磁石モータを示す図である。 図１のモータの分解図である。 図１のモータの上面図である。 図１のモータの底面図である。 第２の実施形態による単相永久磁石モータのステータコアを示す図である。 第３の実施形態による単相永久磁石モータのステータコアを示す図である。

各図は縮尺通りではなく、図全体を通して、同様の構造又は機能の要素は、例示の目的で、概して同じ符号で表記される点に留意されたい。各図は、好ましい実施形態の説明の容易化を意図するにすぎない点にも留意すべきである。各図は、説明された実施形態の全ての態様を示すものではなく、本開示の範囲を限定するものではない。

図１及び図２は、本考案の一実施形態による単相永久磁石モータを示す。モータは、ステータコア１０と、ステータコア１０の周りに巻き付ける巻線（図示せず）と、ステータコア１０に回転可能に配置される永久磁石ロータ１２とを含む。各図には、本考案のモータのステータコア１０の構造及び特徴を明瞭に示すために、モータの一部、例えば、巻線、巻線の電流を制御するための制御回路、モータハウジング等を示さないが、それらは、公知の単相永久磁石モータのように構成することができる。永久磁石ロータ１２に回転軸が固定されて貫通し、負荷に連結することができる。巻線に通電すると、ステータコア１０に極性が与えられ、永久磁石ロータ１２の磁界と相互に作用して永久磁石ロータ１２が回転し、それが負荷を作動させる。

ステータコア１０は、フェライトなどの軟磁性材料から形成することができる。本実施形態では、ステータコア１０は、Ｕ字状のステータコアであり、端部１４と、端部１４から外向きに垂直に延びる極アーム１６とを含むことが好ましい。この実施形態では、極アーム１６は、少なくとも、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０を含む。第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０は、ロータ１２の軸方向に互いに積み重ねられ、端部１４の同じ側面へ連結される。この実施形態では、端部１４と、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０とは、別個に形成され、次いで機械的な連結部によって互いに連結される。このように、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０を端部１４に連結する前に巻付け工程を完了することができ、これにより巻付け工程はより容易にかつより好都合になる。

端部１４、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０の各々は、ケイ素鋼板などの複数の積層体を積層することによって作製することが好ましい。各図は、積層体が積層された後の端部１４、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０の全体形状を示すにすぎず、多数の積層の特定の構造を示さない。積層体の組付けを容易にするため、各積層体には対応する組付穴２２が形成される。この実施形態では、組付穴２２はくぼみ状の止まり穴であり、積層体は止まり穴に対応する突出部を有する。積層体を積層する際、１つの積層体の突出部は、隣接する積層体の組付穴に係合されて、両者間に機械的な連結部を形成する。端部１４、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０は、それぞれ各方法によって形成される。

この実施形態では、端部１４は、その２つの側面に隣接する位置に、２つの係止溝２４が形成される。係止溝２４は、端部１４をその軸方向に沿って貫通して延びている。第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０を含む極アーム１６は、係止溝２４に対応する係止ブロック２６を形成している。係止ブロック２６は、係止溝２４にその軸方向に沿って挿入されて、極アーム１６を端部１４に連結することにより、ステータコア１０を形成する。係止ブロック２６は鳩尾形状であり、係止溝２４は係止ブロック２６と係合する形状とされ、その結果係止ブロック２６と係止溝２４との間の連結が強化されて、両者間の係合解除を回避することが好ましい。別の実施形態では、係止溝２４は、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０に形成することができ、係止ブロック２６は対応して端部１４に形成され、端部１４、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０は、一緒に連結されてステータコア１０を形成する。

第１の極アーム１８は、２つの別個のアーム部分２８を含む。２つのアーム部分２８は、実質的に同じ構造を有し、互いに離間して平行に配置される。各アーム部分２８は細長い形状とされ、第１の連結アーム３０と、第１の連結アーム３０のうち端部１４から遠い末端に形成される第１の極爪３２とを含む。第１の連結アーム３０のうち端部１４に向かい合う別の末端の端面は、外向きに突出して、端部１４の係止溝２４と連結するための係止ブロック２６を形成する。２つのアーム部分２８の第１の極爪３２同士は、互いに対向しかつ離間しており、協働して両者間に、ロータ１２を収容するための収容空間を定める。２つの第１の極爪３２の対向する内側面は、くぼんで第１の円弧極面３４を形成する。第１の円弧極面３４は、ロータ１２の外側面に向かい合いかつこれから離間して、第１の円弧極面３４とロータ１２との間に空隙が形成される。

第１の極アーム１８の２つの第１の極爪３２は互いに分離され、２つの第１の極爪３２の末端は離間して第１の開口部３３を定めるので、第１の円弧極面３４は円周方向に不連続である。第１の円弧極面３４の不連続部の幅、すなわち開口部３３の幅は、各第１の連結アーム３０の間の距離と実質的に等しい。第１の円弧極面３４が円周方向に沿って不連続であり、不連続部の幅が大きいので、不連続領域に大きな磁気抵抗が形成され、それにより磁気漏れが回避されて、モータの効率が高まる。しかしながら、その一方で、不連続領域に大きなコギングトルクが形成され、ロータ１２の回転に影響を及ぼして騒音を発生する。

第１の円弧極面３４に、内向きにくぼんだ起動溝３６が形成されることが好ましい。起動溝３６は、第１の極爪３２の中心軸線Ｘ（図３）から所定の角度だけオフセットしている。この実施形態では、ロータ１２の回転軸線に関して対称的に配置された２つの起動溝３６がある。１つの起動溝３６は、第１の連結アーム３０から離れた１つの対応する第１の極爪３２の端面から右回り方向に沿って内向きに延び、深さが徐々に大きくなり、他方の起動溝３６は、第１の連結アームに隣接する対応する第１の極爪３２の端面から、左回り方向に沿って内向きに延び、深さが徐々に大きくなる。起動溝３６の存在により、第１の円弧極面３４とロータ１２との間の空隙が不均一になり、モータがオフして回転停止すると、ロータ１２の極軸線、すなわち磁極の中心を通る軸線は、第１の極爪３２の中心軸線Ｘから所定角度だけオフセットしてロータが死点で停止するのが回避されるので、モータは、通電時にうまく始動することが保証される。

また、第２の極アーム２０は、２つの別個のアーム部分３８を含む。２つのアーム部分３８は、実質的に同じ構造を有し、互いに離間して平行に配置される。各アーム部分３８は、細長い形状とされ、第２の連結アーム４０と、端部１４から離れた第２の連結アーム４０の末端に形成された第２の極爪４２とを含む。端部１４に向かい合う第２の連結アーム連結アーム４０の別の末端の端面は、外向きに突出して、端部１４の係止溝２４に接続するための係止ブロック２６を形成する。２つのアーム部分３８の第１の極爪４２は、互いに対向しかつ離間しており、協働して両者の間にロータ１２を収容するための収容空間を定める。２つの第１の極爪４２の対向する内側面は、くぼみが形成され第２のアーク極面４４を形成する。第２の円弧極面４４は、ロータ１２の外側面に向き合いかつこれから離間しており、第２の円弧極面４４とロータ１２との間に空隙が形成される。

この実施形態では、各第１の極爪４２は略Ｃ字形であり、その２つの円周方向端面は、第２の連結アーム４０に対して横方向外向きに突出して、内側壁部４６及び外側壁部４８を形成する。壁部４６及び４８は、端部１４とほぼ平行であり、２つの第２の連結アーム４０の間の間隔に配置される。壁部４６、４８の延在長さは、２つの第２の連結アーム４０の間の間隔の半分よりも小さいことが好ましい。そのため、各アーム部分３８が結合されると、２つの第２の極爪４２の２つの内側壁部４６は互いに対向し、この末端の間に第２の開口部４７が形成される。また、２つの外側壁部４８は互いに対向し、この末端の間に第２の開口部４９が形成される。２つの第２の開口部４７、４９は、２つの第２の連結アーム４０の間の間隔の中間部と一致することが好ましい。第２の開口部４７、４９の幅は、２つの第２の連結アーム４０の間の間隔の幅、及び第１の開口部３３の幅よりも小さい。

第２の極アーム２０の２つの第２の極爪４２は分離されているので、第２の円弧極面４４は、円周方向に不連続である。加えて、２つの第２の極爪４２の壁部４６、４８が互いに向かって延びるので、第２の円弧極面の円周方向における不連続部の幅、すなわち開口部４７、４９の円周方向幅は、第２の連結アーム４０間の距離よりも非常に小さい。そのため、第２の円弧極面４４は円周方向に不連続であるが、不連続部の幅は非常に小さく、これによって磁気漏れを回避しながら、モータのコギングトルクが低減し、ロータ１２の安定した回転が保証される。

好ましくは、不連続部、すなわち第２の開口部４７、４９の円周方向の幅は、第２の円弧極面４４とロータ１２との間の空隙部の幅の４倍未満、より好ましくは２倍未満である。加えて、２つの開口部４７、４９の幅は異なることができ、すなわち、第２の円弧極面４４は、円周方向に沿って異なる幅の異なる位置で不連続とすることができる。この実施形態では、第２の円弧極面の不連続部の最小幅は、第２の円弧極面４４とロータ１２との間の空隙の約２倍であり、それにより磁気漏れをできるだけ低減しながら、コギングトルクを低減することができる。

図３及び図４を参照すると、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０は、ロータ１２の軸方向に積み重ねられ、各第１の連結アーム３０は、１つの対応する第２の連結アーム４０に積み重ねられ、協働して極アーム１６の１つの連結アームを形成する。この実施形態では、極アーム１６の２つの連結アームは、互いに離間して平行に配置され、両者間に巻付け空間が形成される。巻線は、２つの連結アームの周りに巻き付けられる。通常、２つの巻線は直列に接続される。２つの第１の極爪３２の各々は、１つの第２の極爪４２に積み重なり、協働してロータ１２と相互に作用する極アーム１６の１つの極爪を形成する。第１の円弧極面３４と第２の円弧極面４４とは、実質的に同軸であり、実質的に直径が同じであり、協働して極アーム１６の円弧極面を形成する。円弧極面は略円筒形状であり、ロータ１２を取り囲み、円弧極面とロータ１２との間に空隙が形成される。

第２の円弧極面４４の円周方向における不連続部の位置は、第１の円弧極面３４の円周方向における不連続部の位置と軸方向に整列する。すなわち、第２の開口部４７、４９はそれぞれ第１の開口部と整列し、円弧極面全体は円周方向に不連続である。第２の円弧極面４４の不連続部の幅が、第１の円弧極面３４の不連続部の幅よりも小さいので、円弧極面全体の不連続開口部は、幅が変化する段付き形状である。詳細には、第１の円弧極面３４の不連続部は、各巻線部の間の距離と実質的に等しい大きな幅とされる。第２の円弧極面４４の不連続部は、各巻線部間の距離よりも非常に小さい小さな幅とされる。そのため、円弧極面の少なくとも一部における不連続部の幅は著しく減少し、それによりモータの回転に実質的に影響を及ぼすことなく、騒音が効果的に低減し、モータの全体的性能が高くなる。

加えて、円弧極面及びロータ１２は、起動溝３６の領域に不均一な空隙を形成し、起動溝がない領域に均一な空隙を形成する。上記の実施形態では、起動溝３６は、第１の円弧極面３４のみに形成される。一部の他の実施形態では、起動溝３６は、第２の円弧極面４４のみに形成すること、又は第１の円弧極面３４及び第２の円弧極面４４の両方に形成することができる。駆動回路は、モータの起動方向の特定の要件に適するように設計できることを理解されたい。加えて、起動溝３６は、異なる要件を満たすように種々の長さ及び深さに変更することができ、例示した特定の構造に限定されない。

上記の実施形態では、単一の第１の極アーム１８を単一の第２の極アーム２０と組み合わせてステータコア１０を形成する。一部の他の実施形態では、第１の極アーム１８及び第２の極アーム２０は、様々なパターンに組み合わせることができる。図５を参照すると、単一の第１の極アーム１８を２つの第２の極アーム２０と組み合わせることができ、第１の極アーム１８は、２つの第２の極アーム２０の間に挟み込まれる。代替的に、図６を参照すると、単一の第２の極アーム２０を２つの第１の極アーム１８と組み合わせることができ、第２の極アーム２０は、２つの第１の極アーム１８の間に挟み込まれる。別の代替的な実施形態では、複数の第１の極アーム１８と複数の第２の極アーム２０とが交互に積み重ねられている。

本考案は、１又は２以上の好ましい実施形態を参照して説明されるが、当業者であれば種々の修正が可能であることを理解できるはずである。従って、本考案の範囲は、以下の実用新案登録請求の範囲を参照することによって決定される。

１０ ステータコア
１２ 永久磁石ロータ
１４ 端部
１６ 極アーム
１８ 第１の極アーム
２０ 第２の極アーム
２２ 組付穴
２４ 係止溝
２６ 係止ブロック
２８ アーム部分
３０ 第１の連結アーム
３２ 第１の極爪
３３ 第１の開口部
３４ 第１の円弧極面
３６ 起動溝
３８ 第２のアーム部分
４０ 第１の連結アーム
４２ 第１の極爪
４４ 第１の円弧極面
４６ 内側壁部
４７ 第２の開口部
４９ 第２の開口部
４８ 外側壁部

Claims (17)

1. 端部と、
   前記端部から延びる極アームと、
   を備えるステータコアであって、
   前記極アームは、２つの離間した連結アームと、前記連結アームの末端にそれぞれ形成された２つの極爪とを備え、前記２つの極爪は内部にロータを収容するための空間を定め、前記極爪は前記空間を取り囲みかつ円弧極面を形成し、前記円弧極面は、円周方向に沿って不連続開口部を形成し、前記不連続開口部は、前記連結アームの間の間隔に向かい合い、軸方向に沿って変化する幅を有する、ステータコア。
2. 前記不連続開口部は第１の幅及び第２の幅を有し、前記第２の幅は前記第１の幅よりも小さい、請求項１に記載のステータコア。
3. 前記第１の幅は、前記連結アームの間の前記間隔と実質的に等しい、請求項１又は２に記載のステータコア。
4. 前記極アームは、軸方向に互いに積み重ねられた第１の極アーム及び第２の極アームを備え、前記第１極アームは２つの第１の極爪を備え、前記２つの第１の極爪は分離されて第１の開口部を形成し、前記第２の極アームは２つの極爪を備え、前記２つの第２の極爪は分離されて第２の開口部を形成し、前記第１の開口部及び前記第２の開口部は、協働して前記不連続開口部を形成する、請求項１から３のいずれかに記載のステータコア。
5. 前記第２の開口部は前記第１の開口部と軸方向に整列し、前記第２の開口部の幅は前記第１開口部の幅よりも小さい、請求項４に記載のステータコア。
6. 前記第１の開口部の幅は、前記連結アームの間の前記間隔の幅と実質的に等しい、請求項４又は５に記載のステータコア。
7. 前記第２の極爪の各々は、前記第２の極爪の他方に向かって延びて壁部を形成し、前記２つの第２の極爪の前記壁部は、それらの間に前記第２の開口部を形成する、請求項４から６のいずれかに記載のステータコア。
8. １つの前記第１の極アーム及び２つの前記第２の極アームがあり、前記第１の極アームは、２つの前記第２の極アームの間に挟み込まれる、請求項３に記載のステータコア。
9. ２つの前記第１の極アーム及び１つの前記第２の極アームがあり、前記第２の極アームは、２つの前記第１の極アームの間に挟み込まれる、請求項３又は８に記載のステータコア。
10. 複数の前記第１の極アーム及び複数の前記第２の極アームが軸方向に沿って交互に積み重ねられる、請求項３、８、９のいずれかに記載のステータコア。
11. 前記端部、前記第１の極アーム及び前記第２の極アームの各々は、複数の積層体を積層することによって形成され、互いに機械的に連結される、請求項４に記載のステータコア。
12. 前記第１の極アーム及び前記端部の一方は係止溝を形成し、前記第１の極アーム及び前記端部の他方は係止ブロックを形成し、前記第２の極アーム及び前記端部の一方は係止溝を形成し、前記第２の極アーム及び前記端部の他方は係止ブロックを形成し、前記係止ブロックの各々は１つの対応する係止溝に係合されて、前記第１の極アーム、前記第２の極アーム及び前記端部を相互に連結する、請求項４又は１１に記載のステータコア。
13. 前記円弧極面は内向きにくぼみ形成されて２つの起動溝を形成し、前記２つの起動溝は前記極爪の中心軸線からオフセットする、請求項１から１２のいずれかに記載のステータコア。
14. 端部と、
    前記端部から延びる第１の極アームと、
    前記第１の極アームと軸方向に積み重ねられた第２の極アームと。
    を備えるステータコアであって、
    前記第１の極アームは２つの第１の極爪を備え、前記２つの第１の極爪は分離されて第１の開口部を形成し、
    前記第２の極アームは２つの第２の極爪を備え、前記２つの第２の極爪は分離されて第２の開口部を形成し、
    前記第２の開口部の幅は第１開口部の幅よりも小さい、ステータコア。
15. 前記第１の極アームは、前記２つの第１の極爪と前記端部との間にそれぞれ連結される２つの第１の連結アームをさらに備え、前記２つの第１の連結アームは離間し、前記第１の開口部の幅は、前記２つの第１の連結アームの間の間隔と実質的に等しい、請求項１４に記載のステータコア。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載のステータコアと、
    前記ステータコアの前記極アームの周りに巻き付けられた巻線と、
    前記２つの極爪の前記空間内に回転可能に配置された永久磁石ロータと、
    を備える単相永久磁石モータであって、
    前記ステータコアの前記極爪は、前記極爪と前記ロータとの間に空隙が形成された状態で前記ロータを取り囲む、単相永久磁石モータ。
17. 前記円弧極面の前記不連続開口部の円周方向の最小幅は、前記極爪と前記ロータとの間の前記空隙の幅の４倍よりも小さい、請求項１６に記載の単相永久磁石モータ。